(57)【要約】  中心に位置するコア部と、前記コア部の外周に位置し、前記コア部の周囲に層状に形成された空孔を有するクラッド部と、を備え、前記空孔は、三角格子を形成するように配置され、該空孔の孔径をｄ［μｍ］、該三角格子の格子定数をΛ［μｍ］とすると、ｄ／Λは０．４３±０．１０の範囲内であり、Λは１０．５μｍ〜１５μｍであり、波長１５５０ｎｍにおいて、実効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、直径２０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下であり、かつシングルモード動作するホーリーファイバ。
2011115146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に位置するコア部と、
前記コア部の外周に位置し、前記コア部の周囲に層状に形成された空孔を有するクラッド部と、
を備え、前記空孔は、三角格子を形成するように配置され、該空孔の孔径をｄ［μｍ］、該三角格子の格子定数をΛ［μｍ］とすると、ｄ／Λは０．４３±０．１０の範囲内であり、Λは１０．５μｍ〜１５μｍであり、波長１５５０ｎｍにおいて、実効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、直径２０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下であり、かつシングルモード動作することを特徴とするホーリーファイバ。
【請求項２】
波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積が２５０μｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載のホーリーファイバ。
【請求項３】
前記ｄ／Λが０．４３±０．０８の範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載のホーリーファイバ。
【請求項４】
波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードの閉じ込め損失が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のホーリーファイバ。
【請求項５】
サンドペーパが表面に巻かれたボビンに当該ホーリーファイバを巻きつけたときの伝送損失と、サンドペーパが巻かれていない前記ボビンに当該ホーリーファイバを巻きつけたときの伝送損失との差で定義されるマイクロベンド損失が、波長１５５０ｎｍにおいて１．５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のホーリーファイバ。
【請求項６】
前記マイクロベンド損失が０．３ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載のホーリーファイバ。
【請求項７】
外径が１３０μｍより大きいことを特徴とする請求項５または６に記載のホーリーファイバ。
【請求項８】
波長１５５０ｎｍにおいて、波長分散値の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、分散スロープ値が０．０６±０．０２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの範囲内にあり、波長１５５０ｎｍにおける波長分散値を分散スロープ値で除算した値であるＤＰＳ値が３６０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のホーリーファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホーリーファイバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホーリーファイバ（Holey  Fiber：ＨＦ）、あるいはフォトニッククリスタルファイバは、クラッドに空孔を規則的に配列することにより、クラッドの平均屈折率を下げ、全反射の原理を用いて、光の伝送を実現する新しいタイプの光ファイバである。ホーリーファイバは、光ファイバの屈折率制御に空孔を用いることにより、従来の光ファイバでは実現不可能なEndlessly  Single  Mode（ＥＳＭ）特性や、きわめて短波長側にシフトした零分散波長等の特異な特性を実現可能である。なお、ＥＳＭとは、カットオフ波長が存在しないことを意味し、広帯域にわたって高伝送速度の光伝送を可能にする特性である（非特許文献１）。【０００３】
また、ホーリーファイバは、光通信用やファイバレーザ用の低光学非線形の伝送媒体としての応用も期待されている。【０００４】
すなわち、たとえば光通信において、特に陸上の長距離伝送や海底伝送を実施する場合、伝送媒体である光ファイバの非線形光学現象が、長距離高速伝送を実現する上で大きな障害になるという問題がある。そこで、この問題を解決する方法として、光ファイバのコア径を通常よりも拡大してその実効コア断面積（Ａeff）を拡大し、光学非線形性を低減した大Ａeff型の光ファイバを伝送媒体として使用することが提案されている。たとえば、非特許文献２、５では、光ファイバ内に空孔が形成されていない通常のソリッド型光ファイバにおいて、Ａeffを１１８μｍ２または１６０μｍ２と拡大した光ファイバが開示されている。【０００５】
しかしながら、ソリッド型光ファイバは、Ａeffを拡大しようとすると、それに伴ってマクロベンド損失（曲げ損失）が増大するという問題がある。なお、曲げ損失とは、光ファイバを直線状にした状態から所定の曲げ直径で曲げた場合の、光の基底伝搬モード、すなわちＬＰ０１モードの伝送損失の増加量として定義される。【０００６】
この曲げ損失の増大は、たとえば光ファイバのカットオフ波長を長くすれば、抑制できる。しかしながら、光がシングルモードで伝送するように光ファイバを動作させるには、その光ファイバのカットオフ波長を、伝送させる光の波長よりも短くしなければならないという制約がある。したがって、従来のソリッド型光ファイバにおいては、低光学非線形化（大Ａeff化）、シングルモード動作の実現、および曲げ損失の抑制の間にはトレードオフの関係があった。【０００７】
これに対して、ホーリーファイバは、ＥＳＭ特性を実現することが可能であるため、上述したトレードオフの関係が緩和され、シングルモード動作を実現しながら、低光学非線形化および曲げ損失の抑制を実現できるものと期待されている。【０００８】
なお、ソリッド型光ファイバにおいては、大Ａeff化、シングルモード動作の実現、およびマイクロベンド損失の抑制の間にもトレードオフの関係がある。ここで、マイクロベンド損失とは、光ファイバをたとえばボビンに巻きつけた場合に、ボビンの表面の微少な凹凸等によって光ファイバに微小な曲げが加えられることによる、ＬＰ０１モードの伝送損失の増加量として定義される。非特許文献３、４には、ホーリーファイバと通常のソリッド型光ファイバとのマイクロベンド損失特性について開示されている。非特許文献３、４は、ホーリーファイバの特性の理論的な評価や、その高パワーデリバリ応用に関するものである。【０００９】
非特許文献３においては、可視光領域の高パワーデリバリについて述べられており伝送応用については考えられていない。また非特許文献４においては、ホーリーファイバの断面構造が一種類についてのみ言及されており、マイクロベンド損失を十分に低減可能な断面構造については特定されていない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】K.  Saitoh,  Y.  Tsuchida,  M.  Koshiba,  and  N.A.  Mortensen,  “Endlessly  single-mode  holey  fiber:  the  influence  of  core  design,”  Optics  Express,  vol.  13,  pp.  10833-10839  (2005).
【非特許文献２】K.  Nagayama,  M.  Kakui,  M.  Matsui,  T.  Saitoh,  and  Y.  Chigusa,  “Ultra-low-loss  (0.1484  dB/km)  pure  silica  core  fibre  and  extension  of  transmission  distance,”  Electronics  Letters,  vol.  38,  pp.  1168-1169  (2002)
【非特許文献３】M.D.  Nielsen,  N.A.  Mortensen,  and  J.R.  Folkenberg,  “Reduced  microdeformation  attenuation  in  larage-moode-area  photonic  crystal  fibers  for  visible  applications,”  Optics  Letters,  vol.  28,  pp.  1645-1647  (2003)
【非特許文献４】A.  Bjarklev,  T.P.  Hansen,  K.  Hougaard,  S.B.  Libori,  E.  Knudsen,  and  J.  Broeng,  “Microbending  in  photonic  crystal  fibres  -  an  ultimate  loss  limit?,”  Proceeding  of  ECOC  2001,  We.  L.  2.  4.
【非特許文献５】K.  Mukasa,  K.  Imamura,  R.  Sugizaki,  and  T.  Yagi,  “Comparisons  of  merits  on  wide-band  transmission  systems  between  Using  extremely  improved  solid  SMFs  with  Aeff  of  160mm2  and  loss  of  0.175dB/km  and  Using  large-Aeff  holey  fibers  enabling  transmission  over  600nm  bandwidth,”  Proceeding  of  OFC  2008,  OThR1.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、光通信への適用のために、シングルモード動作を実現しながら、従来よりもさらに低光学非線形化および曲げ損失の抑制を実現したホーリーファイバが強く要求されている。【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シングルモード動作を実現しながら、低光学非線形化および曲げ損失の抑制を実現し、光通信における使用に適するホーリーファイバを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るホーリーファイバは、中心に位置するコア部と、前記コア部の外周に位置し、前記コア部の周囲に層状に形成された空孔を有するクラッド部と、を備え、前記空孔は、三角格子を形成するように配置され、該空孔の孔径をｄ［μｍ］、該三角格子の格子定数をΛ［μｍ］とすると、ｄ／Λは０．４３±０．１０の範囲内であり、Λは１０．５μｍ〜１５μｍであり、波長１５５０ｎｍにおいて、実効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、直径２０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下であり、かつシングルモード動作することを特徴とする。【００１４】
また、本発明に係るホーリーファイバは、上記の発明において、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積が２５０μｍ２以下であることを特徴とする。【００１５】
また、本発明に係るホーリーファイバは、上記の発明において、前記ｄ／Λが０．４３±０．０８の範囲内であることを特徴とする。【００１６】
また、本発明に係るホーリーファイバは、上記の発明において、波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードの閉じ込め損失が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。【００１７】
また、本発明に係るホーリーファイバは、上記の発明において、サンドペーパが表面に巻かれたボビンに当該ホーリーファイバを巻きつけたときの伝送損失と、サンドペーパが巻かれていない前記ボビンに当該ホーリーファイバを巻きつけたときの伝送損失との差で定義されるマイクロベンド損失が、波長１５５０ｎｍにおいて１．５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。【００１８】
また、本発明に係るホーリーファイバは、上記の発明において、前記マイクロベンド損失が０．３ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。【００１９】
また、本発明に係るホーリーファイバは、上記の発明において、外径が１３０μｍより大きいことを特徴とする。【００２０】
また、本発明に係るホーリーファイバは、上記の発明において、波長１５５０ｎｍにおいて、波長分散値の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、分散スロープ値が０．０６±０．０２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの範囲内にあり、波長１５５０ｎｍにおける波長分散値を分散スロープ値で除算した値であるＤＰＳ値が３６０ｎｍ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るホーリーファイバは、シングルモード動作を実現しながら、低光学非線形化および曲げ損失の抑制を実現し、光通信における使用に適するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、実施の形態に係るＨＦの模式的な断面図である。
【図２】図２は、図１に示すＨＦと同様の断面構造を有するＨＦについての、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａeffと曲げ損失との関係を示す図である。
【図３】図３は、図２に示すｄ／Λが０．４３のＨＦと比較対象のＳＩＦとについての、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａeffと曲げ損失との関係を示す図である。
【図４】図４は、計算例１〜１０として、図１に示すＨＦと同様の断面構造を有するが、空孔層数が４であるＨＦについての、設計パラメータと、波長１５５０ｎｍにおける各光学特性との関係を示す図である。
【図５】図５は、計算例１１〜１７として、図１に示すＨＦと同様の断面構造を有するが空孔層数が４であるＨＦについて、ｄ／Λを０．５１に設定した場合の、設計パラメータと、波長１５５０ｎｍにおける各光学特性との関係を示す図である。
【図６】図６は、計算例１８〜２４として、図５に示すＨＦに対して空孔層数を３に減少させたＨＦについての設計パラメータと、波長１５５０ｎｍにおける各光学特性との関係を示す図である。
【図７】図７は、図１に示すＨＦと同様の断面構造を有するＨＦにおいて、空孔層数と波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードの閉じ込め損失との関係を示す図である。
【図８】図８は、製造した実施例１に係るＨＦの断面の拡大写真を示す図である。
【図９】図９は、実施例１〜３に係るＨＦ、参考例に係るＳＩＦの伝送損失スペクトルを示す図である。
【図１０】図１０は、実施例１〜３に係るＨＦ、参考例１に係るＳＩＦのマイクロベンド損失スペクトルを示す図である。
【図１１】図１１は、参考例２、３に係るＳＩＦのマイクロベンド損失スペクトルを示す図である。
【図１２】図１２は、実施例４〜７に係るＨＦのマイクロベンド損失スペクトルを示す図である。
【図１３】図１３は、実施例１〜７に係るＨＦ、参考例１、２に係るＳＩＦの設計パラメータと測定した各光学特性とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、図面を参照して本発明に係るホーリーファイバの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下ではホーリーファイバを適宜ＨＦと記載する。また、本明細書においては、カットオフ波長（λｃ）とは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義するファイバカットオフ波長をいう。また、本明細書において特に定義しない用語については、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。
【００２４】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係るＨＦの模式的な断面図である。図１に示すように、このＨＦ１０は、中心に位置するコア部１１と、コア部１１の外周に位置するクラッド部１２とを備える。なお、コア部１１とクラッド部１２とは、いずれも屈折率調整用のドーパントが添加されていない純シリカガラスからなる。
【００２５】
クラッド部１２は、コア部１１の周囲に層状に形成された空孔１３を有する。なお、コア部１１を中心とする正六角形の各頂点および各辺上に配置した空孔１３の組み合わせを１層とすると、このＨＦ１０においては、空孔１３の層数は５である。また、この空孔１３は、層状に形成されるとともに、三角格子Ｌを形成するように配置されている。空孔１３の直径はいずれもｄであり、三角格子Ｌの格子定数、すなわち空孔１３の中心間距離はΛである。
【００２６】
このＨＦ１０は、ｄとΛとの比であるｄ／Λを０．４３±０．１０、好ましくは０．４３±０．０８の範囲内とし、Λを１０．５μｍ〜１５μｍに設定している。その結果、波長１５５０ｎｍにおいて、実効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、直径２０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下であり、かつシングルモード動作するという特性を実現している。ただし、より良い曲げ特性やシングルモード動作を確保するためには、実効コア断面積が２５０μｍ２以下が好ましい。すなわち、このＨＦ１０は、大Ａeff化による低光学非線形性を有し、ケーブル化で想定される直径２０ｍｍに巻き付けた場合にも、光を伝送できる程度の実用的な曲げ損失特性を有し、かつシングルモード動作特性を有し、光通信における使用に適するものである。
【００２７】
なお、本明細書では、光の第一高次伝搬モード、すなわちＬＰ１１モードの閉じ込め損失が０．２ｄＢ／ｍ以上であって、かつ基底伝搬モード、すなわちＬＰ０１モードの閉じ込め損失が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下の場合に、そのＨＦはシングルモード動作する、と定義する。閉じ込め損失とは、ＨＦのコア部を伝搬する光の一部が、コア部から空孔間の隙間を介して漏洩することによって発生する損失である。この０．２ｄＢ／ｍという値は、ＨＦ中を光のＬＰ１１モードが１００ｍ伝搬するだけで２０ｄＢもの損失が生じることを意味している。そのため、このＨＦを光伝送路として少なくとも数ｋｍ程度以上の光伝送を行う場合、ＬＰ１１モードは十分に減衰し、実質的にＬＰ０１モードだけが伝搬することになる。
【００２８】
また、このＨＦ１０は、光のＬＰ０１モードの閉じ込め損失が、波長１５５０ｎｍにおいて０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であり、伝送損失に対してほとんど影響がない程度に十分に小さくなっている。
【００２９】
なお、このＨＦ１０は、外径（クラッド径）を１３０μｍより大きくすれば、波長１５５０ｎｍにおけるマイクロベンド損失をたとえば０．３ｄＢ／ｋｍ以下にできる。
【００３０】
すなわち、非特許文献５において、通常のステップインデックス型の屈折率プロファイルを有しかつ単峰ソリッド型のＳＩＦ（Step  Index  Fiber）に対してＡeffを拡大した場合、クラッド径を拡大することでマイクロベンド損失を抑制できることが知られている。したがって、本実施の形態１のような、クラッド領域に空孔を持つＨＦに対して外径を大きくすることで、さらにマイクロベンド損失を抑制できると考えられるため、ＨＦを用いることでより望ましいマイクロベンド特性が得られる。
【００３１】
なお、このＨＦ１０では、空孔層数を５としているが、上述した実効コア断面積、曲げ損失、およびシングルモード動作特性の各特性を実現する範囲であれば、適宜増減させてもよい。
【００３２】
以下、ベクトル有限要素法によるシミュレーションを用いた計算結果を参照して、本発明についてより具体的に説明する。なお、以下では、曲げ損失とは、直径２０ｍｍにおける曲げ損失を意味するものとする。
【００３３】
はじめに、実効コア断面積Ａeffと曲げ損失との関係について説明する。図２は、図１に示すＨＦ１０と同様の断面構造を有するＨＦについての、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａeffと曲げ損失との関係を示す図である。なお、ｄ／Λは０．３５〜０．５３に設定している。また、Λについては、各設定したｄ／Λに対して、Ａeffが横軸に示した値となるように設定している。また、図２において、線Ｌ１は曲げ損失が２００ｄＢ／ｍの位置を示している。図２に示すように、ＨＦにおいては、Ａeffが大きくなるにしたがって曲げ損失も大きくなる。
【００３４】
なお、図２に示す各データ点において、ΛとＡeffとの組み合わせは、ｄ／Λが０．３５の場合については、（９μｍ、１２６．１μｍ２）、（１０μｍ、１５３．８μｍ２）である。また、ｄ／Λが０．３８の場合については、（１０μｍ、１４３μｍ２）、（１１μｍ、１７２μｍ２）、（１１．２μｍ、１７８．４μｍ２）である。また、ｄ／Λが０．４３の場合については、（１０μｍ、１２６μｍ２）、（１１μｍ、１４９μｍ２）、（１２μｍ、１７８μｍ２）である。また、ｄ／Λが０．４８の場合については、（１１μｍ、１４１μｍ２）、（１２μｍ、１６７μｍ２）である。また、ｄ／Λが０．５３の場合については、（１１．４μｍ、１３９μｍ２）、（１２．５μｍ、１６６μｍ２）、（１３μｍ、１７９μｍ２）である。
【００３５】
また、ｄ／Λを０．３３に設定した場合は、Λを９μｍとすると、Ａeffが１３２．６１μｍ２となり、曲げ損失が１５３．６８ｄＢ／ｍとなる。
【００３６】
ここで、長距離光伝送路のためのＨＦとしては、従来の光ファイバよりも光学非線形性を抑制したものが好ましいため、Ａeffを１３０μｍ２以上とすることが好ましい。また、光伝送路として敷設することを考慮すると、曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下であることが好ましい。図２に示すように、ｄ／Λが０．３３以上、好ましくは０．３５以上であれば、Λを１０．５μｍ〜１５μｍの範囲で適宜選択して、Ａeffを１３０μｍ２以上にしつつ、曲げ損失を２００ｄＢ／ｍ以下とすることができる。
【００３７】
なお、非特許文献１にも開示されるように、ｄ／Λを０．４３より大きくしていくと、ＥＳＭ特性が損なわれていき、ＬＰ１１モードの閉じ込め損失が低下してくる。そこで、ＬＰ１１モードの閉じ込め損失が０．２ｄＢ／ｋｍ（０．０００２ｄＢ／ｍ）以上となるように、ｄ／Λの値は０．５３以下、好ましくは０．５１以下とする。
【００３８】
したがって、ｄ／Λとしては、０．４３±０．１、好ましくは０．４３±０．０８とする。また、このｄ／Λの範囲において、曲げ損失を２００ｄＢ／ｍ以下とするためには、Ａeffを２５０μｍ２以下とすることがより好ましい。
【００３９】
つぎに、図２に示すｄ／Λが０．４３のＨＦと、通常の光ファイバ（ＳＩＦ）とについて、実効コア断面積Ａeffと曲げ損失との関係を比較する。なお、比較対象としたＳＩＦは、カットオフ波長を、Ｃバンド（１．５３μｍ〜１．５６μｍ）と呼ばれる波長帯の短波長端である１．５３μｍに設定したものであり、以下では、単にＳＩＦと記載する。
【００４０】
図３は、図２に示すｄ／Λが０．４３のＨＦと比較対象のＳＩＦとについての、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａeffと曲げ損失との関係を示す図である。なお、図３において、ＳＩＦのコア径と、コアとクラッドとの比屈折率差Δとは、カットオフ波長が１．５３μｍに維持されるように変化させている。そして、この変化させたコア径と比屈折率差Δとを用いて、Ａeffと曲げ損失とを計算している。
【００４１】
図３に示すように、Ａeff−曲げ損失特性は、ｄ／Λが０．４３のＨＦとＳＩＦとで略一致している。すなわち、本実施の形態において、ｄ／Λを０．４３としたＨＦは、従来のＳＩＦと同様のＡeff−曲げ損失特性を実現できる。なお、ｄ／Λを０．４３としたＨＦは、上述したようにＥＳＭ特性を有するものとなるので、従来のＳＩＦのようなカットオフ波長が１．５３μｍであるという制限がない。そのため、このＨＦは、１．５３μｍ以下の波長においてもシングルモード動作するものとなり、広帯域での光伝送により一層適するものとなる。
【００４２】
つぎに、本実施の形態に係るＨＦの波長分散特性について説明する。本実施の形態に係るＨＦの波長分散特性は、そのガラス材料の材料分散特性に大きく支配されており、波長１５５０ｎｍにおいて、波長分散値の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、分散スロープ値が０．０６±０．０２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの範囲内となる。これらの波長分散値、分散スロープ値は、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５２に規定のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）に比較的近い特性である。また、本実施の形態に係るＨＦの波長分散値を分散スロープ値で除算した値であるＤＰＳ（Dispertion  Per  Slope）値については、波長１５５０ｎｍにおいて３６０ｎｍ以上であり、ＳＭＦの標準的なＤＰＳ値である３００ｎｍよりも大きい。したがって、本実施の形態に係るＨＦは、光伝送路として用いた場合に、ＳＭＦ用の分散補償光ファイバを用いて容易に分散補償できるものである。
【００４３】
つぎに、より具体的な計算例を参照して、本発明についてさらに説明する。図４は、計算例１〜１０として、図１に示すＨＦ１０と同様の断面構造を有するが、空孔層数が４であるＨＦについての、設計パラメータと、波長１５５０ｎｍにおける各光学特性との関係を示す図である。なお、図４において、設計パラメータ（構造パラメータ）については、ｄ／Λは０．４３に設定し、Λは８μｍ〜１７μｍに設定している。なお、閉じ込め損失については、「ＬＰ０１」はＬＰ０１モードの閉じ込め損失を示し、「ＬＰ１１」はＬＰ１１モードの閉じ込め損失を示している。また、図４のｄ／Λが０．４３の場合は、Λの増加に応じて曲げ損失の値が振動するように増加する傾向にあったので、図４ではその振動する値を近似曲線で近似し、その近似曲線における値を示している。
【００４４】
図４の計算例４、５に示すように、ｄ／Λが０．４３であり、Λが１１、１２μｍであれば、実効コア断面積Ａeffが１３０μｍ２以上になるとともに、ＬＰ０１モードの曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下となる。さらに、ＬＰ０１モードの閉じ込め損失が４．９４×１０−３ｄＢ／ｋｍ以下と、伝送損失にほとんど影響を与えない程度に十分に小さくなる。また、ＬＰ１１モードの閉じ込め損失も６７．１ｄＢ／ｍ以上と、０．２ｄＢ／ｍよりも十分に大きくなり、十分なシングルモード動作が実現される。
【００４５】
また、計算例４、５のいずれも、波長分散値の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、分散スロープ値が０．０６±０．０２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの範囲内となり、ＤＰＳ値が３６０ｎｍ以上であり、好ましい値となっている。
【００４６】
つぎに、図５は、計算例１１〜１７として、図４の場合と同様にＨＦ１０と同様の断面構造を有するが空孔層数が４であるＨＦについて、ｄ／Λを０．５１に設定した場合の、設計パラメータと、波長１５５０ｎｍにおける各光学特性との関係を示す図である。なお、図５において、Λは１０μｍ〜１６μｍに設定している。
【００４７】
図５に示すように、ｄ／Λを０．５１とした場合、空孔層数が４であると、Λを１１μｍ〜１５μｍとするとＬＰ１１モードの閉じ込め損失が１．８６×１０−２ｄＢ／ｍ以下と小さいため、十分なシングルモード動作が保証されない。
【００４８】
これに対して、図６は、計算例１８〜２４として、図５に示すＨＦに対して空孔層数を３に減少させたＨＦについての設計パラメータと、波長１５５０ｎｍにおける各光学特性との関係を示す図である。
【００４９】
図６に示すように、ｄ／Λが０．５１である場合、空孔層数を３とすると、計算例１９〜２３に示すようにΛを１１μｍ〜１５μｍに設定した場合において、実効コア断面積Ａeffが１３０μｍ２以上に大きくなるとともに、ＬＰ０１モードの曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下となる。さらに、ＬＰ０１モードの閉じ込め損失が１．６９×１０−２ｄＢ／ｋｍ以下と、伝送損失にほとんど影響を与えない程度に十分に小さくなる。また、ＬＰ１１モードの閉じ込め損失も、０．２３ｄＢ／ｍ以上となり、十分なシングルモード動作が実現される。
【００５０】
また、計算例１９〜２３のいずれも、波長分散値の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、分散スロープ値が０．０６±０．０２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの範囲内となり、ＤＰＳ値が３６０ｎｍ以上であり、好ましい値となっている。
【００５１】
上述したように、ｄ／Λの値を一定にしたまま、空孔層数を減少させると、ＬＰ１１モードの閉じ込め損失を増加させることができるが、これに伴ってＬＰ０１モードの閉じ込め損失も増加する。したがって、空孔層数については、ｄ／ΛとΛとの設定に対して、ＬＰ１１モードおよびＬＰ０１モードの閉じ込め損失が好ましい値となるように、設定すればよい。
【００５２】
図７は、図１に示すＨＦ１０と同様の断面構造を有するＨＦにおいて、空孔層数と波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードの閉じ込め損失との関係を示す図である。図７においては、ｄ／Λは０．４３または０．５１に設定し、Λは１２μｍに設定している。また、線Ｌ２は閉じ込め損失が０．０２ｄＢ／ｋｍの位置を示している。なお、公知のＨＦでは、伝送損失は小さくとも０．２ｄＢ／ｋｍ程度であるから、ＬＰ０１モードの閉じ込め損失が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であれば、伝送損失にほとんど影響を与えない程度に十分に小さい値であると考えられる。
【００５３】
図７に示すＨＦでは、ｄ／Λを０．５１とした場合に、空孔層数を３としても、ＬＰ０１モードの閉じ込め損失は０．０２ｄＢ／ｋｍ以下の０．０１２ｄＢ／ｋｍであり、伝送損失にほとんど影響を与えない程度に十分に小さい値となっている。また、ｄ／Λを０．４３とした場合には、空孔層数を４以上とすれば、０．０２ｄＢ／ｋｍ以下の閉じ込め損失を実現できる。
【００５４】
なお、図７ではΛを１２μｍに設定しているが、Λを１１μｍ〜１５μｍとしても、各モードの閉じ込め損失の値は、Λが１２μｍの場合とほとんど同じ値となる。
【００５５】
つぎに、実施例を参照して本発明についてさらに説明する。本発明の実施例１〜７として、純シリカガラスからなる中実のガラスロッドおよび中空のガラスキャピラリ管を用いて、公知のスタック＆ドロー法を用いてＨＦを製造した。なお、実施例１〜７に係るＨＦの設計パラメータとしては、以下のようにした。すなわち、実施例１については、ｄ／Λを０．４３、Λを１０．５μｍ、外径（クラッド径）を１８６μｍとした。また、実施例２については、ｄ／Λを０．３４、Λを１０．２μｍ、外径を１８６μｍとした。実施例３については、ｄ／Λを０．４３、Λを１０．６μｍ、外径を２１５μｍとした。実施例４については、ｄ／Λを０．４３、Λを１０．９μｍ、外径を１８６μｍとした。実施例５については、ｄ／Λを０．４３、Λを１０．９μｍ、外径を１８６μｍとした。実施例６については、ｄ／Λを０．４３、Λを１０．９μｍ、外径を１６１μｍとした。実施例７については、ｄ／Λを０．４５、Λを１１．４μｍ、外径を１８６μｍとした。また、空孔層数は、実施例１〜４はいずれも５層とし、実施例５〜７は４層とした。
【００５６】
また、本実施例１〜７の特にマイクロベンド損失特性に関する比較のために、公知のＶＡＤ法によって通常のソリッド型のＳＩＦを製造した（参考例１〜３）。この参考例に係るＳＩＦについては、カットオフ波長が１．５３μｍ、実効コア断面積Ａeffが１１４．２μｍ２（参考例１）、１３０μｍ２（参考例２）、または１１５μｍ２（参考例３）になるように、コア径および比屈折率差Δを設定し、かつ外径を１８６μｍとした。また、このＳＩＦのコア部の材質を実施例１〜７のＨＦのコア部と同じにするため、コア部を純シリカで形成し、クラッド部をフッ素添加のシリカで形成した。
【００５７】
図８は、製造した実施例１のＨＦの断面の拡大写真を示す図である。図８に示すように、製造したＨＦは、すべての空孔構造が崩れておらず、空孔径が略均一であることが確認された。
【００５８】
図９は、実施例１〜３に係るＨＦ、参考例１に係るＳＩＦの伝送損失スペクトルを示す図である。なお、図９において、波長１４００ｎｍ近傍における伝送損失のピークは光ファイバ中のＯＨ基による吸収によるものである。図９に示すように、実施例１〜３に係るＨＦ、参考例１に係るＳＩＦのいずれも、問題のない伝送損失特性を有することが確認された。なお、たとえば実施例１に係るＨＦの波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は５．０２ｄＢ／ｋｍであった。
【００５９】
つぎに、図１０は、実施例１〜３に係るＨＦ、参考例１に係るＳＩＦのマイクロベンド損失スペクトルを示す図である。なお、マイクロベンド損失は、番手が♯１０００のサンドペーパが表面に巻かれたボビンに各光ファイバを巻きつけたときの伝送損失と、サンドペーパが巻かれていない前記ボビンに各光ファイバを巻きつけたときの伝送損失とを測定し、これらの伝送損失の差として定義した。ただし、ボビンの直径は１６０ｍｍとする。なお、この測定方法によって定義されるマイクロベンド損失を第２測定法によるマイクロベンド損失と呼ぶことにする。第２測定法によるマイクロベンド損失は、曲げ損失の影響がより少ない値となるので好ましい。
【００６０】
図１０に示すように、実施例１〜３に係るＨＦ、参考例に係るＳＩＦのいずれも、問題のないマイクロベンド損失特性を有することが確認された。
【００６１】
つぎに、図１１は、参考例２、３に係るＳＩＦのマイクロベンド損失スペクトルを示す図である。図１２は、実施例４〜７に係るＨＦのマイクロベンド損失スペクトルを示す図である。なお、マイクロベンド損失は、番手が♯１０００のサンドペーパが表面に巻かれたボビンに各光ファイバを巻きつけたときの伝送損失と、各光ファイバをボビンから解いて巻き束の状態としたときの伝送損失とを測定し、これらの伝送損失の差として定義した。ただし、ボビンの直径は１６０ｍｍとする。なお、この測定方法によって定義されるマイクロベンド損失を第１測定法によるマイクロベンド損失と呼ぶことにする。なお、第１および第２の測定法において、使用するボビンの直径は特に限定されないが、曲げ損失が小さいたとえば８０ｍｍ以上、２００ｍｍ以下が好ましい。
【００６２】
図１１、１２に示すように、実施例４〜７に係るＨＦのマイクロベンド損失は、参考例２、３に係るＳＩＦのマイクロベンド損失よりも大きいものの、いずれも実用上問題のない値であった。
【００６３】
さらに、図１３は、実施例１〜７に係るＨＦ、参考例１、２に係るＳＩＦの設計パラメータと測定した各光学特性とを示す図である。なお、図１３において、「λｃ」はカットオフ波長を意味しており、「ＥＳＭ」はＥＳＭ特性が実現されていることを意味する。また、「ＰＭＤ」とは偏波モード分散（Polarization  Mode  Dispersion）を意味する。また、各光学特性については、カットオフ波長λｃ以外は、波長１５５０ｎｍにおける値を示している。また、図１３では、マイクロベンド損失については、第１測定法および第２測定法によるマイクロベンド損失の両方を示している。
【００６４】
図１３に示すように、実施例１〜７に係るＨＦは、いずれも、波長１５５０ｎｍにおいて、ＥＳＭ特性を有しつつ、Ａeffが１３０μｍ２以上であり、かつ曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下であるという、略設計どおりの特性が実現されている。また、実施例１〜７に係るＨＦは、波長１５５０ｎｍにおいて、波長分散値の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、分散スロープ値が０．０６±０．０２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの範囲内にあるという好ましい値が得られた。また、実施例１〜７に係るＨＦは、ＤＰＳ値についても３６０ｎｍ以上であり、好ましい値であった。さらには、実施例１〜７に係るＨＦは、ＰＭＤについても、２ｐｓ／ｒｋｍ程度以下と問題のない値であった。
【００６５】
また、実施例１〜７に係るＨＦは、第１測定法によるマイクロベンド損失が好ましい２．０ｄＢ／ｋｍ以下、またはさらに好ましい１．０ｄＢ／ｋｍ以下であった。また、実施例１〜７に係るＨＦは、第２測定法によるマイクロベンド損失が好ましい１．５ｄＢ／ｋｍ以下、またはさらに好ましい０．３ｄＢ／ｋｍ以下であった。なお、第２測定法によるマイクロベンド損失が１．５ｄＢ／ｋｍ以下のＨＦであれば、実用上問題なく使用できるレベルの値であり好ましい。また、第２測定法によるマイクロベンド損失が０．３ｄＢ／ｋｍ以下であれば、光ファイバの一般的な伝送損失のレベルである約０．２ｄＢ／ｋｍと同程度の値であるため、伝送損失に対する影響が少ないレベルであるためさらに好ましい。
【００６６】
また、実施例１に係るＨＦを、参考例１に係るＳＩＦと比較すると、外径は等しく、ＡeffはＨＦの方が大きいが、ほぼ同程度の第２測定法によるマイクロベンド損失が実現されていた。
【００６７】
また、実施例２に係るＨＦを参考例１に係るＳＩＦと比較すると、外径は等しく、ＡeffはＨＦの方が十分に大きいが、マイクロベンド損失の増大は抑制されており、たとえば第２測定法によるマイクロベンド損失に関して０．３ｄＢ／ｋｍ以下の問題のない値となっていた。
【００６８】
さらに、実施例３に係るＨＦについては、実施例１に係るＨＦよりも外径を大きくしている。これによって、第２測定法によるマイクロベンド損失が０．０２ｄＢ／ｋｍときわめて低くなっており、実用上、マイクロベンドによる損失が発生していないといえる程度まで低減されていることが確認された。
【００６９】
さらに、実施例４と実施例５とに係るＨＦを比較すると、第１測定法および第２測定法のいずれにおいても実施例４の方が、マイクロベンド損失が小さい。実施例４と実施例５とでは、ｄ／Λ、Λ、および外径の値は同じであるが、空孔層数については実施例４の方が大きい。ここで、空孔層は外部からの応力がコア部に及ぶ程度を緩和するクッションの役割を果たしていると考えられる。実施例４に係るＨＦでは、空孔層が多いためクッションの機能がより大きく、そのために実施例５に係るＨＦよりもマイクロベンド損失が小さいと考えられる。
【００７０】
さらに、実施例５と実施例７とに係るＨＦを比較すると、第１測定法および第２測定法のいずれにおいても実施例７の方が、マイクロベンド損失が小さい。実施例５と実施例７とでは、外径の値および空孔層数は同じであるが、ｄ／Λについては実施例７の方が大きい。実施例７に係るＨＦでは、ｄ／Λが大きいのでクラッド部の断面に占める空孔の断面積が大きい。そのため、空孔のクッションの機能がより大きくなり、実施例５に係るＨＦよりもマイクロベンド損失が小さいと考えられる。なお、ｄ／Λは、ＨＦが所望の波長の光をマルチモード伝送しない程度の大きさにすることが好ましい。
【００７１】
なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明に係るホーリーファイバは、たとえば光通信の分野に利用して好適なものである。
【符号の説明】
【００７３】
１０  ＨＦ
１１  コア部
１２  クラッド部
１３  空孔
Ｌ  三角格子
Ｌ１、Ｌ２  線
【図１】
2011115146.tif 000003
【図２】
2011115146.tif 000004
【図３】
2011115146.tif 000005
【図４】
2011115146.tif 000006
【図５】
2011115146.tif 000007
【図６】
2011115146.tif 000008
【図７】
2011115146.tif 000009
【図８】
2011115146.tif 000010
【図９】
2011115146.tif 000011
【図１０】
2011115146.tif 000012
【図１１】
2011115146.tif 000013
【図１２】
2011115146.tif 000014
【図１３】
2011115146.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月27日(2012.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に位置するコア部と、
前記コア部の外周に位置し、前記コア部の周囲に層状に形成された空孔を有するクラッド部と、
を備え、前記空孔は、三角格子を形成するように配置され、該空孔の孔径をｄ［μｍ］、該三角格子の格子定数をΛ［μｍ］とすると、ｄ／Λは０．３３以上０．４３以下の範囲内であり、Λは１０．５μｍ〜１５μｍであり、波長１５５０ｎｍにおいて、実効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、直径２０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下であり、かつシングルモード動作することを特徴とするホーリーファイバ。
【請求項２】
波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積が２５０μｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載のホーリーファイバ。
【請求項３】
前記ｄ／Λが０．３５以上０．４３以下の範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載のホーリーファイバ。
【請求項４】
波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードの閉じ込め損失が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のホーリーファイバ。
【請求項５】
サンドペーパが表面に巻かれたボビンに当該ホーリーファイバを巻きつけたときの伝送損失と、サンドペーパが巻かれていない前記ボビンに当該ホーリーファイバを巻きつけたときの伝送損失との差で定義されるマイクロベンド損失が、波長１５５０ｎｍにおいて１．５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のホーリーファイバ。
【請求項６】
前記マイクロベンド損失が０．３ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載のホーリーファイバ。
【請求項７】
外径が１３０μｍより大きいことを特徴とする請求項５または６に記載のホーリーファイバ。
【請求項８】
波長１５５０ｎｍにおいて、波長分散値の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、分散スロープ値が０．０６±０．０２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの範囲内にあり、波長１５５０ｎｍにおける波長分散値を分散スロープ値で除算した値であるＤＰＳ値が３６０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のホーリーファイバ。
【請求項９】
波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ１１モードの閉じ込め損失が３１．３ｄＢ／ｍ以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のホーリーファイバ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【非特許文献１】K.  Saitoh,  Y.  Tsuchida,  M.  Koshiba,  and  N.A.  Mortensen,  “Endlessly  single-mode  holey  fibers:  the  influence  of  core  design,”  Optics  Express,  vol.  13,  pp.  10833-10839  (2005).
【非特許文献２】K.  Nagayama,  M.  Kakui,  M.  Matsui,  T.  Saitoh,  and  Y.  Chigusa,  “Ultra-low-loss  (0.1484  dB/km)  pure  silica  core  fibre  and  extension  of  transmission  distance,”  Electronics  Letters,  vol.  38,  pp.  1168-1169  (2002)
【非特許文献３】M.D.  Nielsen,  N.A.  Mortensen,  and  J.R.  Folkenberg,  “Reduced  microdeformation  attenuation  in  large-mode-area  photonic  crystal  fibers  for  visible  applications,”  Optics  Letters,  vol.  28,  pp.  1645-1647  (2003)
【非特許文献４】A.  Bjarklev,  T.P.  Hansen,  K.  Hougaard,  S.B.  Libori,  E.  Knudsen,  and  J.  Broeng,  “Microbending  in  photonic  crystal  fibres  -  an  ultimate  loss  limit?,”  Proceeding  of  ECOC  2001,  We.  L.  2.  4.
【非特許文献５】K.  Mukasa,  K.  Imamura,  R.  Sugizaki,  and  T.  Yagi,  “Comparisons  of  merits  on  wide-band  transmission  systems  between  Using  extremely  improved  solid  SMFs  with  Aeff  of  160mm2  and  loss  of  0.175dB/km  and  Using  large-Aeff  holey  fibers  enabling  transmission  over  600nm  bandwidth,”  Proceeding  of  OFC  2008,  OThR1.
【国際調査報告】
2011115146.tif 000016
2011115146.tif 000017